Verfahren und Vorrichtung zum Herstellen einer insbesondere mehrfarbig gemusterten Kunststoffbahn

Abstract

 Verfahren zum Herstellen dicker mehrfarbig gemusterten Kunststoffbahnen durch Verarbeiten von erwärmten thermoplastischen Chips zu einer zusammenhängenden Bahn mittels beidseitig bis zu einer Tiefe von etwa 0,1 bis 0,5 mm profilierter Walzen durch partiell unterschiedliche Verdichtung.

Beschreibung

[0001] Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Herstellen einer insbesondere mehrfarbig gemusterten Kunststoffbahn durch Verarbeiten von erwärmten thermoplastische Chips zu einer zusammenhängenden Bahn mittels Walzen und einer Vorrichtung mit einem Walzenpaar mit zwei mit gleicher Umfangsgeschwindigkeit umlaufenden Walzen.

[0002] Bei der Herstellung von thermoplastischen Kunststoffbahnen mit Dicken über 1 mm ist besondere Sorgfalt darauf zu richten, daß die Bahnen lunkerfrei hergestellt werden, dies gilt insbesondere für Walz- und Kalandrierverfahren. Bei der Herstellung von gemusterten thermoplastischen Kunststoffbahnen insbesondere Marmorierungen ergibt sich bei Anwendung des Walz- bzw. Kalandrierverfahrens jeweils eine starke Längsorientierung des Musters in Fertigungsrichtung, die meist noch sehr verschwommen ist. Dicke thermoplastische Kunststoffbahnen mit Musterungen, insbesondere Marmorierungen werden beispielsweise als Fußbodenbeläge in großen Mengen benötigt. Es gibt bereits eine Reihe bekannter Verfahren, die das Ziel haben, lunkerfreie dicke Bahnen mit möglichst geringer Orientierung der Musterung herzustellen. Beispielsweise wird in der deutschen Patentschrift 16 79 822 ein Verfahren zum Herstellen mehrfarbig gemusterter Kunststoffbahnen aus erwärmten thermoplastischen Chips gestapelt und unter Druck verschweißt werden und danach aus dem geschweißten Block die thermoplastischen Kunststoffplatten in der gewünschtem Dicke abgeschält werden. Dieses Verfahren ermöglicht das Herstellen von Kunststoffplatten begrenzter Größe mit einer nicht in einer Richtung orientierten Musterung und lunkerfrei, ist jedoch durch den diskontinuierlichen Herstellungsprozeß recht aufwendig.

[0003] In der DE-OS 30 31 839 wird ein Verfahren zum kontinuierlichen Herstellen von Bahnen aus thermoplastischen Kunststoffen beschrieben, bei dem die erwärmten Chips kontinuierlich aufgestapelt und kontinuierlich beim Durchlaufen einer Presse verdichtet, verschweißt und abgekühlt werden. Auch dieses Verfahren ermöglicht die Herstellung lunkerfreier dicker thermoplastischer Kunststoffbahnen mit fast orientierungsfreier marmorierter Musterung bei Einsatz entpsrechend unterschiedlich eingefärbter Chips. Voraussetzung zur Durchführung dieses Verfahrens ist eine große Schwingpresse mit entsprechender Preßkraft.

[0004] Andere Verfahren zum Herstellen thermoplastischer Kunststoffbahnen wenden Walzverfahren an, wobei jedoch die thermoplastische Bahn durch Verbinden mehrerer übereinanderliegender Lagen aufgebaut wird, wie beispielsweise in der DE-AS 19 28 405 beschrieben. Hierbei werden dünne Teilbahnen in geringer Schichtdicke durch Kalandrieren hergestellt und dann zusammengeschichtet durch erneutes Kalandrieren verbunden und auf eine geringere Dicke ausgewalzt. Das Problem der Lunkerfreiheit dieser Bahnen wird durch das Herstellen von dünnen Teilbahnen im ersten Schritt gelöst. Durch Kalandrieren können nur Bahnen bis etwa 0,8 mm Dicke lunkerfrei hergestellt werden. Deshalb wird bei der Anwendung von Walztechniken zum Herstellen von dickeren gemusterten thermoplastischen Kunststoffbahnen jeweils ein mehrschichtiger Aufbau mit einem mehrstufigen Verfahren - gewählt, wie es auch beispielsweise in der US-Patentechrift 3 754 065 beschrieben ist. Die im linearen glatten Walzenspalt erzielbare Pressung ist nach allgemeiner Erfahrung ausreichend, um Kunststoffbahnen einer Dicke bis 0,8 mm etwa lunkerfrei kontinuierlich in einem Durchgang zu kalandrieren bzw. walzen. Bei der Herstellung von gemusterten Kunststoffbahnen ergibt sich darüber hinaus, daß sich vor dem Walzenspalt ein relativ starker Knetwulst bildet, der zu einer sehr starken Vermischung der Farben und damit zu einer verschwommenenen Musterung führt, des weiteren wird durch den Kalandervorgang eine in Fertigungsrichtung stark orientierte Musterung erzielt. Bei der Anwendung von Flächenpressungen kontinuierlich oder diskontinuierlich sind lunkerfreie Kunststoffbahnen in größeren Dicken herstellbar, jedoch bei geringeren Fertigungsgeschwindigkeiten, aber auch mit dem Vorteil des Erhalts von nicht orientierten Musterungen.

[0005] Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein wrirtschaftliches kontinuierliches Verfahren zum Herstellen insbe- ,sondere mehrfarbig gemusterter dicker Kunststoffbahnen über 1 mm mittels Walzen vorzusehen. Erfindungsgemäß wird die gestellte Aufgabe dadurch gelöst, daß die auf etwa 140 bis 160°C erwärmten Chips in einen beidseitig bis zu einer Tiefe von etwa 0,1 bis 0,5 mm profilierten Walzenspalt eingezogen werden und die Chips bei einer Walzentemperatur von etwa 120 bis 180°C und einem Liniendruck im Walzenspalt von 100 bis 600 kg/cm partiell unterschiedlich verdichtet werden und dabei die zwischen den Chips eingeschlossene Luft über die profilierte Walzenoberfläche entweicht und die Chips zu einer zusammenhängenden lunkerfreien mindestens 1,5 mm dicken Bahn mit geprägter Oberfläche geformt werden. Überraschend hat sich herausgestellt, daß mit dem erfindungsgemäß profilierten Walzenspalt es möglich ist, einstufig dicke thermoplastische Kunststoffbahnen herzustellen, die lunkerfrei sind. Darübe hinaus bewirkt der profilierte Walzenspalt ein schnelles direktes Einziehen der Chips d.h. eine kurze Verweilzeit der Chips vor dem Walzenspalt und damit eine Verringerung des rotierenden Knetwulstes vor dem Walzenspalt, so daß sich überraschend eine relativ klare Musterung mit nur sehr geringer Längsorientierung in Fertigungsrichtung ergibt. Durch die partielle unterschiedliche Verdichtung der Bahn wird des weiteren die Orientierung der Musterung verringert. Während nach den bekannten Verfahren mit Walzen mit glatter Oberfläche lunkerfreie Bahnen nur bis zu einer Dicke von etwa 0,8 mm hergestellt werden können und alle dickeren Bahnen über 1,0 mm stets viele Lufteinflüsse enthielten, so daß sie weiterer Nachbearbeitungen wie Abpressen bedurften, werden diese Nachteile durch das erfindungsgemäße Verfahren überraschend beseitigt.

[0006] Für die Herstellung von marmoriert gemusterten Fußbodenbelägen werden bevorzugt mit dem erfindungsgemäßen Verfah.- ren Chips einer Dicke von insbesondere 0,5 bis 10 mm und einer Länge von 5 bis 40 mm, unterschiedlich eingefärbt, aus weichmacherhaltigem Polyvinylchlorid mit einem Weichmachergehalt von 15 bis 40 % und Zusatzstoffen wie Füllstoffe, Pigmente, Stabilisatoren u.a. eingesetzt.

[0007] Das erfindungsgemäße Fertigungsverfahren durch Walzen baut im wesentlichen auf einer speziell entwickelten und angepaßten Profilierung des Walzenspaltes d.h. einer entsprechenden Profilierung der Walzenoberflächen auf, di-e trotz der starken Profilierung es ermöglichen, eine glatte homogene lunkerfreie Bahn einstufig herzustellen mit Dicken von 1,5 bis 4 mm. Wesentlich ist hierbei auch der lineare Preßdruck im Walzenspalt, wobei der benötigte Druck niedriger ist, je höher die Temperatur der zu verpressenden Chips und die Walzentemperatur gewählt wird. Zum anderen ist der Druck höher, wenn der thermoplastische Kunststoffansatz härter ist. Darüber hinaus hängt der Druck auch von der Dicke der Bahn ab.

[0008] Die Profilierung der Walzenoberfläche in Verbindung mit dem Temperaturniveau der Walzen und der Chips ist wesentlich für die Reduzierung des vor dem Walzenspalt rotieren den Knetwulstes, wodurch die Verweilzeit der Chips im Knetwuls verringert wird und damit eine klare Dessinierung d.h. Musterung erzielt wird, da die Farben sich nicht zu sehr vermischen können. Die Reduzierung des Knetwulstes ermöglicht also die klare ausdrucksvolle und wenig gerichtete Musterung, die sonst bei kalandrierten thermoplastischen Kunststoffbahnen typische Längsorientierung der Musterung wird weitgehend abgebaut.

[0009] Des weiteren wird durch die Profilierung der Walzenoberfläche gemäß der Erfindung und durch den geringen Knetwulst vor und im Walzenspalt auch das Entweichen der zwischen den Chips eingeschlossene Luft begünstigt und damit die Herstellung der lunkerfreien Bahn ermöglicht.

[0010] Es wurde gefunden, daß zwischen Form und Tiefe der Profilierung des Walzenspaltes bzw. der Walzenoberflächen sowie der Walzenoberflächentemperatur und der Qualität der hergestellten Bahn eine Abhängigkeit besteht. Die erfindungsgemäße Vorrichtung zum Durchführen des Verfahrens zeichnet sich dadurch aus, daß die Oberflächen der Walzen gleichmäßig profiliert sind mit kreuzweise schraubenlinienförmig verlaufenden Kanälen zwischen denen etwa konisch stumpfartige Strukturkörper ausgeformt sind, wobei die Kanäle eine Tiefe von 0,1 bis 0,5 mm gemessen ab Oberfläche der Strukturkörper aufweisen. Die Strukturkörper können z.B. stumpfe Pyramiden, sich verjüngende stumpfartige Körper sein, die ein Pyramidennetz auf der Walzenoberfläche bilden. Die zwischen den Strukturkörpern verlaufenden Kanäle dienen als Entlüftungskanäle und ermöglichen den Austritt der Luft an den Walzenseiten. Die abgeflachte Oberfläche der Strukturkörper kann zylindrischer rhombische, rechteckige und vorzugsweise quadratische Gestalt aufweisen mit einer Größe von etwa 0,5 bis 4 mm². Diese Strukturkörper, die während des Ausformungsprozesses der Bahn im Walzenspalt in den Thermoplasten eindringen, verdichten diese zusätzlich. Diese zusätzliche partielle Verdichtung ermöglicht die Fertigung glatter Oberflächen mit Prägestruktur der Bahn. Weiterhin wird durch diese partielle Verdichtung die im Thermoplasten eingeschlossene Luft in die Kanäle gedrückt und seitlich der Walzen abgeführt. Die Form der einzelnen Strukturkörper muß verjüngend, konisch mit einer obenliegenden Fläche ausgebildet sein, wobei die konische Form das leichte Herauslösen der einzelnen Strkturkörper aus der Bahn nach dem Verlassen des Walzenspaltes beim Ausformungsprozeßt ermöglicht und die abgeflachte Oberfläche der Strukturkörper je nach Größe den Verdichtungsgrad erhöht.

[0011] Der Walzendurchmesser der profilierten Walzen sollte so gewählt sein, daß ein einwandfreies Ausformen bei gleichzeitig guter Fntlüftung der Bahn über die Profilierung gewährleistet ist, geeignete Walzendurchmesser liegen zwischen 300 bis 500 mm, Walzenabzugsgeschwindigkeiten d.h. Fertigungsgeschwindigkeiten liegen zumindest im Bereich von 0,5 bis 5 m/Min, abhängig von Dicke der Bahn und den Eigenschaften des gewählten thermoplastischen Kunststoffansatzes für die Chips, Massetemperatur der Chip und Walzentemperatur und Walzenprofilierung und gewähltem Liniendruck im Walzenspalt.

[0012] Die Größe des Walzenspaltes zum Herstellen einer Folienbahn einer Dicke von 1,5 bis 4 mm ist auch abhängig von den Eigenschaften des thermoplastischen Kunststoffansatzes wobei weichmacherhaltige Kunststoffansätze stärker quellen hochgefüllte Kunststoffansätze weniger. Die Größe des zwischen den Oberflächen der Strukturkörper gebildeten Walzenspaltes beträgt zum Herstellen von Bahnen einer Dicke von etwa 1,5 mm bis 4 mm etwa 0,2 bis 1,5 mm.

[0013] Die gewählte Konizität der Strukturkörper sollte zwischen 15 bis 60° liegen, um ein leichtes Ausformen zu ermögliche.

[0014] Eine gute Entlüftung wird bei der erfindungsgemäßen Profilierung der Walzen dadurch erreicht, daß die Kanäle eine Breite am Fuße der Strukturkörper von etwa 0,2 bis 1,5 mm vorzugsweise 0,2 bis 1,0 mm aufweisen.

[0015] Die Profilierung der Walzenoberflächen gemäß der Erfindung kann mit einer feinen Verzahnung verglichen werden, es ist bei der Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens nich erforderlich, daß die Strukturkörper der beiden Walzen ineinander kämmen.Wenn zwei Strukturkörper gegeneinander laufen, so wird das ebenfalls von der thermoplastischen Bahn aufgenommen.

[0016] Es ist auch denkbar, daß die beiden Walzen nicht ganz gleich strukturiert sind, sondern unterschiedliche Formen aufweisen. Beispielsweise ist es denkbar, die Unterseite der herzustellenden thermoplastischen Bahn mit einer größeren Prägestruktur zu versehen, damit für Bodenbeläge beispielsweise noch ein Kleberauftrag in diese Prägestruktur aufgebracht werden kann nachträglich.

[0017] Die Erfindung wird in der Zeichnung anhand der Figuren 1 bis 6 beispielhaft erläutert. Es zeigen

Figur 1 schematisch die Vorrichtung und den Verfahrensablauf,

Figur 2 einen auszugsweisen Querschnitt der hergestellten Bahn,

Figur 3 eine schematische Teildarstellung der Oberflächenprafilierung der Walze,

Figur 4 eine Ansicht der Profilierung der Walzenoberfläche mit Strukturkörpern,

Figur 5 eine vergrößerte Aufsicht auf die Struktur-- körper nach Figur 3 und

Figur 6 einen auszugsweise Querschnitt durch die Strukturkörper.

[0018] Zum Herstellen einer thermoplastischen lunkerfreien insbesondere gemusterten Bahn 13 gemäß Figur 1 werden thermoplastische Chips 1 eingesetzt. Diese Chips können aus kalandrierten thermoplastischen Folien durch Zerkleinerung derselben oder durch Extrudieren und Granulieren u.a. bekannte Verfahren hergestellt werden. Ihre durchschnittlich Große sollte zwischen 0,5 bis 10 mm Dicke und Längen, je nach Dessinierungswunsch zwischen 10 und 40 mm liegen. Kleinere und größere Teile sind ebenfalls möglich, die Anzahl der einzelnen Farben und die Menge der jeweiligen Chips und die Größe derselben bestimmen die Dessinierung der Bahn. Die Chips 1 werden beispielsweise mittels eines umlaufenden und changierenden Förderbandes 5 dem profilierten Walzenspalt 11, der von den beiden Walzen 9, 10 gebildet wird, zugeführt. Die Walzen 9, 10 laufen mit gleicher Geschwindigkeit 2 um. Vor dem Walzenspalt ₁₁ bildet sich der Knetwulst 12, der bei Ausbildung des Walzenspaltes 11 mit Profil gemäß der Erfindung durch eine entsprechende Profilierung der Walzenoberflächen der Walzen 9, 10 relativ klein, wobei die Chips sehr schnell durch die profilierten Walzen in den Walzenspalt 11 eingezogen und zu der Bahn 13 verdichtet und verpreßt werden. Bevorzugt wird der Walzenspalt vertikal angeordnet.

[0019] In der Figur 2 ist schematisch im Querschnitt die hergestellte Bahn 13 dargestellt. Die beidseitig geprägte Ober fläche 13a, 13b der Bahn ist ersichtlich. Die Dicke der Bahn d, die einwandfrei lunkerfrei mit dem erfindungsgemäBen Verfahren und Vorrichtung herstellbar ist, liegt zwischen 1,5 und 4 mm. Dieser Dicke der Bahn entspricht ein Walzenspalt von 0,2 bis etwa 1,5 mm, in Abhängigkeit von den Verfahrensparametern.

[0020] Die einstufig nach dem geschilderten Verfahren hergestellte Bahn 13 mit geprägter Oberfläche ist fertig in ihrer endgültigen Gestalt, sie kann dann zu den ge- . wünschten Abmessungen zu Bahnen oder Platten geschnitten werden. Sie muß lediglich noch einer Temperung zum Spannungsfreimachen unterworfen werden, beispielsweise durch eine Wärmebehandlung oder andere bekannte Temperverfahren. Eine Oberflächenvergütung ist nur dann erforderlich, wenn beispielsweise eine völlig ebene Oberfläche gewünscht wird, dann kann beispielsweise eine Oberfläche der Bahn 13 noch geschliffen werden oder dieselbe abgepreßt werden.

[0021] In der Figur 3 ist schematisch in einer Aufsicht auf die Oberfläche 91 der Walze 9 dargestellt, wie diese profiliert werden. Die Kanäle 15 für die Entlüftung sind kreuzweise über die Oberfläche der Walze 9 verlaufend angeordnet, mit 2 ist Walzenumlaufrichtung angezeigt. Zwischen den einander kreuzenden Kanälen 15 sind die Strukturkörper 14, die für die Profilierung verantwortlich sind, ausgebildet. In den Figuren 4, 5 und 6 ist eine beispielhafte Ausbildung der Strukturkörper näher ersichtlich. In der Figur 4 wird in einer seitlichen Ansicht auf einen Ausschnitt der Walzen 9 die Gestalt der Strukturkörper 14 ersichtlich. Die pyramidenartigen stumpf artigen Strukturkörper 14 weisen eine abgeflachte Oberfläche 16 auf, die der partiellen unterschiedlichen Verdichtung der thermoplastischen Chips beim Durchlaufen des Walzenspaltes zum Herstellen der zusammenhängenden Bahn dient. Je größer diese Oberfläche 16 ist, desto stärker der partielle Verdichtungsgrad der Bahn. In der Aufsicht auf Figur 5 wird die konisch stumpfartige Gestalt der Strukturkörper 14 nochmals deutlich. Figur 5 stellt praktisch eine vergrößerte Darstellung der Ansicht X nach Figur 3 dar. Zwischen den Strukturkörpern 14 verlaufen die kreuzweisen Kanäle 15, die schraubenlinienförmig über die Oberfläche der Walzen 9 bzw. 10 geführt sind.

[0022] In der Figur 6 ist ein auszugsweiser Querschnitt durch zwei Strukturkörper 14 dargestellt, wobei die wesentlichen Bemessungsangaben zu ersehen sind. Die Oberfläche 16 (a) der Strukturkörper liegt bevorzugt zwischen 0,4 bis 4 mm², die Breite (b) der Kanäle 15 bevorzugt zwischen 0,2 und 1,5 mm, die größte Breite (f) der Strukturkörper an der Basis etwa 3 bis 5 mm und die Tiefe der Kanäle (t) etwa zwischen 0,1 und 0,5 mm.

[0023] Mit dem erfindungsgemäßen Verfahrensbedingungen und Vorrichtungsausgestaltung ist es möglich, eine 1,5 bis 4 mm dicke thermoplastische Kunststoffbahn mit geringer Längsorientierung eines Musters mehrfarbig dessiniert lunkerfrei herzustellen. Das Verfahren ist aufgrund seiner Einstufigkeit besonders wirtschaftlich.

Ansprüche

1. Verfahren zum Herstellen einer insbesondere mehrfarbig gemusterten Kunststoffbahn durch Verarbeiten von erwärmten thermoplastischen Chips zu einer zusammenhängenden Bahn mittels Walzen, dadurch gekennzeichnet , daB die auf etwa 140 bis 160⁰C erwärmten Chips in einen beidseitig bis zu einer Tiefe von etwa 0,1 bis 0,5 mm profilierten Walzenspalt eingezogen werden und die Chips bei einer Walzentemperatur von etwa 120 bis 180°C und einem Liniendruck im Walzenspalt von 100 bis 600 kg/cm partiell unterschiedlich verdichtet werden und dabei die zwischen den Chips eingeschlossene Luft über die profilierte Walzenoberfläche entweicht und die Chips zu einer zusammenhängenden lunkerfreien mindestens 1,5 mm dicken Bahn mit geprägter Oberfläche geformt werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Chips einer Dicke von insbesondere 0,5 bis 10 mm und Länge von 5 bis 40 mm aus weichmacherhaltigem Polyvinyl. chlorid mit einem Weichmachergehalt von 15 bis 40 % und Zusatzstoffen wie Füllstoffe, Pigmente, Stabilisatoren u.a. eingesetzt werden.

3. Vorrichtung zum Durchführen des Verfahrens nach Anspruch 1 oder 2 mit einem Walzenpaar mit zwei mit gleicher Umfangsgeschwindigkeit umlaufenden Walzen, dadurch gekennzeichnet, daß die Oberflächen(9l, 101) der Walzen (9, 10) profiliert sind mit kreuzweise schraubenlinienförmig verlaufenden Kanälen (15) zwischen denen etwa konisch stumpfartige Strukturkörper (14) ausgeformt sind, wobei die Kanäle eine Tiefe von etwa 0,1 bis 0,5 mm. gemessen ab Oberfläche der Strukturkörper aufweisen.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die abgeflachte Oberfläche (16) der Strukturkörper zylindrisch, rhombisch, rechteckig vorzugsweise aber quadratisch mit einer Größe von etwa 0,5 bis 4 mm² ausgebildet ist.

5. Vorrichtung nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Größe des zwischen den Oberflächen-(16) der Strukturkörper (14) gebildeten Walzenspalt (11 etwa 0,2 bis 1,5 mm zum Herstellen einer Bahn einer Dicke von etwa 1,5 mm bis 4 mm beträgt.

6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Strukturkörper (14) eine Konizität von 15 bis 60° aufweist.

7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Kanäle (15) eine Breite b am Fuße der Strukturkörper von 0,2 bis 1,5 mm vorzugsweise 0,2 bis 1,0 mm aufweisen.

Zeichnung